电压二次回路异常对保护动作的原理分析

王　飞， 余淑琴， 胡晓军， 黄云龙， 唐小平

(国网合肥供电公司， 安徽　合肥　230022)



电压二次回路异常对保护动作的原理分析

王飞， 余淑琴， 胡晓军， 黄云龙， 唐小平

(国网合肥供电公司， 安徽合肥230022)

摘要：电压互感器二次电压回路接线正确对保护装置正常运行至关重要，结合某变电站保护误动实例，建立接地故障等值电路模型，从原理上分析电压二次回路异常对纵联零序方向保护产生的影响，并提出该类型故障的处理和预防措施。

关键词：二次电压回路；接地故障；纵联零序方向保护

0引言

近年来，我国电力系统容量不断扩大，其对继电保护的要求也在不断提高，继电保护安全、可靠、及时地切除故障显得尤为重要[1]。无论是智能变电站还是传统变电站，都是通过电压互感器将一次电压转换为二次电压供保护、测控、计量使用。由于各相电压都能通过万用表测量或者保护装置液晶面板上直接读取，在日常巡检或者是保护年检时可以很便捷地判断出各相电压回路上是否有异常。但对于二次电压中性线回路，正常情况下对地电位接近于0，不能很直观地判断回路是否异常，不便于日常维护管理。若出现中性线回路异常有可能造成保护装置方向元件误判，导致误出口，甚至引起较大的电网事故[2]。

1故障概况

2015年某变电站发生两起高频保护误动事故。220kV甲线路区外发生B相瞬时接地故障，第二套光纤闭锁保护(RCS-902A)动作，跳开B相开关，重合闸动作，开关重合成功。几个小时后又发生与此相同的误动。

现场摘录的发生故障时故障录波器录播图如图1所示。

从图1中可以明确看到，三相电压中包含较大的三次谐波，且故障前装置测量到的零序电压即包含有大量的三次谐波，与电压互感器二次回路中性线异常特征高度相符。

为进一步确定故障类型，打印了故障线路微机光纤闭锁保护的两次跳闸报告，在通过跳闸报告分析故障过程时，发现波形图上故障前及故障中二次电压波形均如图1一样发生明显畸变。

紧接着，查看了保护装置中交流电压采样，具体数值大小及相角关系如表1和表2所示。

表1　交流电压采样值

表2交流电压相角差值

Ua-Ub120度Ub-Uc120度Uc-Ua120度

可以看出，三相电压并不平衡，C相电压与其他两相有较大差别。同时，打印出故障线路微机光纤闭锁保护RCS-902A的保护实时状态，波形也出现了二次电压畸变，波形图如图2所示。

图1　故障录播图

图2故障线路微机光纤闭锁保护实时波形图

通过这些现象，笔者认为接入保护装置的二次电压回路中性线存在异常。

2中性线异常对保护装置的影响

根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》规定，继电保护公用电压互感器二次回路接地应满足以下要求：

公用电压互感器的二次回路只允许在控制室内有一点接地，为保证接地可靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。己在控制室一点接地的电压互感器二次线圈，宜在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地，其击穿电压峰值应大于 30·Imax伏(Imax为电网接地故障时通过变电站的可能最大接地电流有效值，单位为kA)。 应定期检查放电间隙或氧化锌阀片，防止造成电压二次回路多点接地的现象[3]。

电压二次回路中性线异常主要分为两大种类型，一是电压互感器二次侧不是一点接地，多点接地导致接入保护装置的零序电压异常；另一种是电压互感器二次侧中性线存在断线、虚接的可能，接下来主要分析这种情况。

中性线断线、虚接后，由于中性线对地电容及变电站内磁场的影响，N600会有一个悬浮电位，并且对地电容和站内磁场的变化都会使电位发生变化，电位不为零，也不固定不变，其值一般在几伏到几十伏来回波动[4]。

查询相关资料，现场光纤闭锁(RCS-902A)保护装置交流电压回路采用图3接线方式，中性线UN直接引自保护装置屏顶小母线。

当UN虚接时，就会有个悬浮电位引入RCS-902A型保护装置，同时也会造成三相电压发生偏移。UN虚接后各相电压实际值：

UA′=UA+ΔUA,UB′=UB+ΔUB,UC′=UC+ΔUC

式中，UA、UB、UC为UN虚接前各相电压实际值，ΔUA、ΔUB、ΔUC为UN虚接所产生的各相悬浮电位。

在正常运行时，UA+UB+UC=0，故零序电流3U0=UA′+UB′+UC′=0+ΔUA+ΔUB+ΔUC=ΔU。

下面对正方向和反方向接地故障零序电流与零序电压相量关系进行简要分析[5]。

图3　RCS-902A交流电压回路

(1)正方向接地故障

式中:ZM0——M侧零序电源阻抗；ZM0主要决定于变电站中性点接地变压器的零序阻抗，所以阻抗角约在85°以上。因此零序方向继电器灵敏角为零序电压滞后零序电流约95°，元件正方向动作区标注如图5所示。

图4　正方向接地故障示意图

图5　正方向接地故障时，零序电压、零序电流相量图

(2)反方向接地故障

如果线路上没有插入任何感应零序电压，则M侧母线零序电压为：

式中，ZN0——对侧变电所的零序电源阻抗；ZL0——线路零序阻抗。

ZN0+ZL0主要取决于线路阻抗，所以其阻抗角约在80°左右。零序电流与零序电压相量关系如图7所示，零序电压超前零序电流80°左右。

如前述，当N600虚接时，会引入一个额外的零序电压ΔU，导致保护装置感受的零序电压发生偏转，完全有可能导致零序方向判别元件发生误判。

调取故障发生时零序电流与零序电压的相量图，如图8所示。

确实发现零序电压和零序电流几乎反向，参照图5，在正方向动作区内，因此零序方向继电器判定为正方向，继而导致在区外故障时纵联零序方向保护误动。

图6　反方向接地故障示意图

图7　反方向接地故障时，零序电压、零序电流相量图

图8　故障时零序电流与零序电压的相量图

3处理措施和效果

现场工作人员针对这些特征，对电压互感器二次侧中性线回路进行细致的检查，查找出虚接点，处理检查完毕后，恢复安全措施，将装置重新上电，打印保护装置的保护状态(运行工况)，二次电压、电流波形正常。

同时，检查装置开入信息输入正常，装置无任何报警信号。

4结论

本次二次电压产生畸变正是由于中性点N600接线存在虚接引起，日常运行中在保护装置背板内和二次回路皆有可能存在虚接的问题，要求运维单位高度重视，并在运行中加强监视。在日常维护中，运维人员和保护人员可通过打印保护装置电压波形，查看波形有无明显畸变，或者检查保护装置背板接线和端子排上N600接线有无明显的松动。若中性线回路有明显缺陷，在满足二次安全措施的条件下，及时消除异常，防止造成事故。

参考文献：

[1] 李志兴,许志华.电压互感器二次回路接地点的分析[J].电力自动化设备,2010,30(10):141-144.

[2] 耿波,王静,于静.电压互感器二次回路接地点分析[J].电气工程与自动化,2015(9):21-23.

[3] 调继[2005]222号,国家电网公司十八项电网重大反事故措施[Z].

[4] 张颖.N600断线对保护装置动作行为的影响[J].技术交流与应用,2007,35(9):52-54.

[5] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社，2002．

[责任编辑：王敏]

Protection Action Principle of Voltage Secondary Circuit Anomaly

WANGFei,YUShu-qin,HUXiao-jun,HUANGYun-long,TANGXiao-ping

(StateGridHefeiPowerSupplyCompany,Hefei230022,China)

Abstract:The correct wiring of voltage transformer secondary voltage circuit is essential for the normal operation of protector. Combined with an instance of the protector maloperation in a substation malfunction, the ground fault equivalent circuit model is established, the influence of voltage secondary circuit anomaly on longitudinal zero sequence direction protection is analyzed from the principle, and this type of failure treatment and preventive measures are put forward.

Key words:secondary voltage circuit; ground fault; longitudinal zero sequence direction protection

中图分类号：TM771

文献标识码：A

文章编号：1672-9706(2016)01- 0045- 04

作者简介：王飞(1987-)，男，安徽桐城人，国网合肥供电公司，工程师，研究方向为继电保护。余淑琴(1988-)，女，安徽池州人，国网合肥供电公司，工程师，研究方向为继电保护。胡晓军(1989-)，男，安徽无为人，国网合肥供电公司，工程师，研究方向为继电保护、变电站综合自动化。黄云龙(1985-)，男，江苏江阴人，国网合肥供电公司，工程师，从事电力系统继电保护技术管理工作。唐小平(1981-)，男，安徽合肥人，国网合肥供电公司，工程师，从事电力系统继电保护技术管理工作。

收稿日期：2016- 01- 04